CN103045967B

CN103045967B - 一种珠光体合金钢及其应用和制备方法

Info

Publication number: CN103045967B
Application number: CN201310032530.XA
Authority: CN
Inventors: 周清跃; 张银花; 陈朝阳; 刘丰收; 李闯; 俞喆; 梁旭
Original assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Metals and Chemistry Research Institute of CARS; Beijing CARS Advanced Material Technology Co Ltd
Current assignee: China Academy of Railway Sciences Corp Ltd CARS; Metals and Chemistry Research Institute of CARS; Beijing CARS Advanced Material Technology Co Ltd
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2033-01-28
Also published as: CN103045967A

Abstract

本发明公开了一种珠光体合金钢及其应用和制备方法。所述珠光体合金钢的组成为：0.70wt%~0.90wt%的C，1.0wt%~1.6wt%的Mn，0.6wt%~1.2wt%的Si，0.3wt%~1.2wt%的Cr，0~0.7wt%的Ni，0~0.2wt%的V，余量为Fe和不可避免的杂质。所述珠光体合金钢具有高强耐磨、热轧免热处理的优良性能，可以用于制备铁路道岔的护轨。

Description

一种珠光体合金钢及其应用和制备方法

技术领域

本发明属于冶金领域，具体涉及一种高强耐磨的珠光体合金钢及其应用和制备方法。

背景技术

护轨是道岔不可缺少的组成部分。其功能主要是覆盖辙叉“有害空间”，引导车轮进入相应的轮缘槽，从而确保铁路列车车轮运行方向、使车轮轮对横向游动被限制在基本轨和护轨的槽内，同时起到减少钢轨轨头的侧面磨耗与接触疲劳损伤，降低养护维修工作量，防止列车车轮脱轨事故发生的作用。

我国TB/T3110-2005《33kg/m护轨用槽型钢》技术条件规定：护轨用槽型钢采用淬火态U75V，其轨头工作面热处理后加热层深度不小于25mm，硬化层深度不小于24mm；钢轨表层距轨顶面6mm深处的硬度范围为37～43HRC，距轨顶面24mm深处硬度不小于34HRC；热处理硬化层显微组织为细片状珠光体，不允许有马氏体和贝氏体组织。可见护轨用钢必须具备高强度和高硬度。

由于护轨为一非对称断面，现在市场上销售的槽型钢护轨在热处理过程中会产生明显的扭曲变形，因此需要额外的预弯曲及矫直处理，增加了生产的工艺流程及成本。另一方面，热轧33kg/m槽型钢在热处理过程中，顶面硬度也较难达到43HRC，一般只有32~36HRC左右，导致护轨不耐磨，使用寿命短。

针对我国护轨生产使用中存在的问题，近年来已经发展出了使用空冷贝氏体钢制备护轨的技术。空冷贝氏体钢护轨耐磨性能良好，但由于空冷贝氏体钢含有Mo等合金并且需要回火等热处理，导致生产成本较高。为简化护轨生产工艺、降低生产成本并满足护轨的实际使用要求，研发热轧高强珠光体合金钢是最佳的途径。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种高强耐磨的热轧免热处理的珠光体合金钢及其应用和制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种珠光体合金钢，其组成为：

0.70wt%~0.90wt%的C，

1.0wt%~1.6wt%的Mn，

0.6wt%~1.2wt%的Si，

0.3wt%~1.2wt%的Cr，

0~0.7wt%的Ni，

0~0.2wt%的V，

余量为Fe和不可避免的杂质。

优选的，所述C的含量为0.72wt%~0.82wt%。

优选的，所述Mn的含量为1.20wt%~1.60wt%。

优选的，所述Si的含量为0.60wt%~0.90wt%。

优选的，所述Cr的含量为0.30wt%~0.70wt%。

优选的，所述Ni的含量为0.20wt%~0.70wt%。

优选的，所述V的含量为0.04wt%~0.12wt%。

作为本发明的一种优选实施方式：一种珠光体合金钢，其组成为：

0.72wt%~0.82wt%的C，

1.20wt%~1.60wt%的Mn，

0.60wt%~0.90wt%的Si，

0.30wt%~0.70wt%的Cr，

0.20wt%~0.70wt%的Ni，

0.04wt%~0.12wt%的V，

余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明的另一个目的，在于提供所述珠光体合金钢在制备铁路道岔的护轨中的应用。

本发明还有一个目的，在于提供了所述珠光体合金钢的制备方法，包括原料准备、冶炼成钢、浇铸成型；具体步骤如下：

a.将含铁原料冶炼成钢水，使冶炼得到的钢水中碳含量>0.05wt%；

b.将冶炼后的钢水在出钢到钢包的过程中进行预脱氧合金化，然后将预脱氧合金化的钢水进行炉外精炼，使钢水中的各种组分达到所要求；

c.对钢水进行真空脱气处理；

d.将真空脱气处理后的钢水注入连铸中间包，并从连铸中间包中将钢水注入连铸机中进行浇注；或将真空脱气处理后的钢水直接通过模铸得到钢锭。

e.对钢坯或钢锭进行去氢处理，处理后钢中的氢含量低于1.5ppm。为了防止高强钢出现氢致裂纹等缺陷，上述制备方法还包括在成型的钢坯或钢锭进行去氢处理，使处理后钢中的氢含量低于1.5ppm。

本领域技术人员应当理解，本发明所述珠光体合金钢的制备方法，是本领域的常规手段。本发明所述珠光体合金钢具备的高强耐磨等优异性能，主要缘于其合理的配方。

本发明所述珠光体合金钢中的Mn能够降低钢的共析转变温度，细化珠光体组织，并提高护轨用钢的强度。本发明提供的珠光体合金钢中Mn的含量为1.00wt%~1.60wt%，优选为1.20~1.60wt%。

Si固溶于铁素体中，能显著提高钢的弹性极限、屈服极限与强度极限之比（σ_s/σ_b）以及疲劳强度和强度极限之比（σ_N/σ_b）。另外，Si能提高钢的耐磨性能，耐磨性能是护轨使用寿命的主要影响因素。本发明珠光体合金钢中控制Si的含量为0.60wt%~0.90wt%。

Cr可与α-Fe形成置换式固溶体，起到固溶强化的作用。同时，Cr能使钢的C曲线明显右移，使相同冷速下获得的珠光体片间距更为细化，从而提高珠光体组织强度。本发明所述珠光体合金钢中Cr含量为0.3wt%~1.2wt%，优选为0.30wt%~0.70wt%。

V能通过影响奥氏体的再结晶而细化奥氏体晶粒，改善珠光体合金钢的强韧性配合，同时通过析出V（C·N）x质点起到析出强化的作用，可以增加钢的强度和硬度；Ni则能在不降低珠光体合金钢韧性的条件下有效提高其强度。本发明珠光体合金钢中V含量为0~0.2wt%，优选为0.04~0.12wt%；Ni含量为0~0.7wt%，优选为0.20~0.70wt%。

综上所述，本发明通过合理设计珠光体合金钢的配方，使所述珠光体合金钢强度高，在无需淬火的前提下强度就能达到1100MPa以上，硬度超过35HRC，无需热处理，热轧后就可用于加工制造护轨，既提高了硬度和耐磨性能又降低了护轨的生产成本。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明，但是应当理解，这些实施例只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不能理解为对本发明请求保护的范围的限制。

实施例1一种珠光体合金钢坯或钢锭

一种珠光体合金钢坯或钢锭，成分列于表1，通过如下步骤制备：

b.将冶炼后的钢水在出钢到钢包的过程中进行预脱氧合金化，并将预脱氧合金化的钢水进行炉外精炼，使各组分达到表1所示的要求；

c.对钢水进行真空脱气处理；

d.将真空脱气后的钢水注入连铸中间包，并从连铸中间包中将钢水注入连铸机中进行浇注；或将真空脱气后的钢水直接通过模铸得到钢锭；

e.对钢坯或钢锭进行去氢处理，处理后钢中的氢含量低于0.5PPm，即得目标产品。

实施例2一种珠光体合金钢坯或钢锭

一种珠光体合金钢锭，成分列于表1，通过与实施例1相同的步骤制备目标产品。

实施例3一种珠光体合金钢坯或钢锭

实施例4一种珠光体合金钢坯或钢锭

实施例5一种珠光体合金钢坯或钢锭

实施例6一种珠光体合金钢坯或钢锭

对比例1一种合金钢坯或钢锭

一种合金钢，成分列于表1，通过炼钢、浇铸（连铸或模铸）、自然冷却，得到目标产品。

对比例2一种合金钢坯或钢锭

试验例

将实施例1-6制备的珠光体合金钢坯或钢锭和对比例制备的合金钢进行硬度、拉伸和冲击性能的测试，结果见表2。

表1实施例1-6及对比例1-2制备的合金钢成分（wt%）

表2实施例1-6及对比例1-2制备的合金钢性能

由表2可知，与对比例制备的合金钢相比，本发明提供的所述珠光体合金钢具有更高的硬度、更好的拉伸强度，强度稳定性好，强度波动范围小，完全满足磨损严重的工况环境，是生产铁路道岔护轨的理想材料。

实施例7一种护轨

以实施例1制备的珠光体合金钢为材料，通过如下步骤加工得到目标产品：

实施例1制备的珠光体合金钢坯或钢锭，通过轧制或锻造的方法，进行开坯，连铸坯的压缩比大于1:10，模铸坯的压缩比大于1:40，然后按常规方法轧制成槽型护轨，空冷后获得目标产品。所述目标产品强度高、无需再进行淬火热处理。

实施例8一种护轨

实施例4制备的珠光体合金钢为材料，通过与实施例7相同的步骤加工得到目标产品。

以上实施例，只是用于帮助更好地理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围之内。

对所公开的实施例的上述说明，目的在于使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种珠光体合金钢，其特征在于，其组成为：

0.72wt％～0.82wt％的C，

1.20wt％～1.60wt％的Mn，

0.60wt％～0.90wt％的Si，

0.30wt％～0.70wt％的Cr，

0.20wt％～0.70wt％的Ni，

0.04wt％～0.12wt％的V，

余量为Fe和不可避免的杂质；

所述珠光体合金钢通过如下方法制备：

a.将含铁原料冶炼成钢水，使冶炼得到的钢水中碳含量>0.05wt％；

b.将冶炼后的钢水在出钢到钢包的过程中进行预脱氧合金化，并将预脱氧合金化的钢水进行炉外精炼，使钢水中的各种组分达到要求；

c.对钢水进行真空脱气处理；

d.将真空脱气处理后的钢水注入连铸中间包，并从连铸中间包中将钢水注入连铸机中进行浇注；或将真空脱气处理后的钢水直接通过模铸得到钢锭；

e.对钢坯或钢锭进行去氢处理，使处理后钢中的氢含量低于1.5ppm；

f.钢坯或钢锭通过轧制或锻造的方法，进行开坯，连铸坯的压缩比大于1:10，模铸坯的压缩比大于1:40，然后按常规方法轧制成槽型护轨，空冷后获得目标产品；

所述珠光体合金钢在无需淬火的前提下，强度达到1100MPa以上，硬度超过35HRC。

2.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，其组成为：

0.82wt％的C，1.50wt％的Mn，0.88wt％的Si，0.68wt％的Cr，0.45wt％的Ni，0.1wt％％的V，

余量为Fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的珠光体合金钢，其特征在于，其组成为：

0.76wt％的C，1.58wt％的Mn，0.79wt％的Si，0.56wt％的Cr，0.20wt％的Ni，0.12wt％％的V，

余量为Fe和不可避免的杂质。

4.一种权利要求1所述的珠光体合金钢用于制备铁路道岔的护轨的用途。